环境工程

《水污染控制工程课程设计》说明书题目：30000t/h混凝沉淀法中水回用处理工艺及部分构筑物设计（平流式沉淀池）学生姓名：学院：能源与动力工程系别：环境科学与工程专业：环境工程班级指导教师：2014年07月05日学校代码：10128学号：201120303034目录第一章绪论························11.1设计内容······················11.2设计原则······················11.3设计依据······················1第二章工艺流程的选择···················2第三章主要构筑物的原理及设备···············23.1格栅························23.1.1格栅的作用··················23.1.2格栅的种类··················23.2混凝池·······················33.2.1混凝原理···················43.2.2混凝剂和助凝剂················53.2.3影响混凝效果的主要因素············53.2.4化学混凝的设备·················63.3平流式沉淀池····················83.3.1沉淀的定义及类型················83.3.2沉淀池的工作原理················83.3.3平流式沉淀池的优缺点··············93.3.4平流式沉淀池的构造···············93.4普通快滤池·····················103.4.1过滤原理···················103.4.2滤池中滤料的选择···············113.4.3普通快滤池的构造···············12第四章平流沉淀池的一般设计原则及设计计算·········124.1一般设计原则····················124.2设计计算······················134.2.1沉淀区的表面积···············134.2.2沉淀池的有效水················134.2.3沉淀池的有效容积···············134.2.4沉淀池的长度·················134.2.5沉淀区的总宽度················144.2.6沉淀池的数量·················144.2.7校验长宽比··················144.2.8污泥区的总容积················144.2.9贮泥斗的高度·················144.2.10贮泥斗的容积················144.2.11贮泥斗以上梯形部分污泥容积··········154.2.12沉淀池的总高度···············15总结····························16参考文献··························17(后附有工艺流程图、平面布置图以及平流式沉淀池的尺寸设计三视图。)1第一章绪论1.1设计内容设计流量：日处理废水30000t/d原水水质：pH值～7.0处理后水质：pH值～7.0水温4.5～25℃水温4.5～25℃CODCr≤50mg/LCODcr≤20mg/LBOD5≤20mg/LBOD5≤15mg/LSS≤250mg/LSS≤10mg/LTN≤5mg/LTN≤5mg/LTP≤0.05mg/LTP≤0.05mg/L设计要求：给出污水混凝－沉淀深度处理工艺流程图，并说明理由；给出设计高程图，要求为一次提升，自然流动。给出所要求的单个构筑物结构设计，设计并计算，给出构造图。1.2设计原则1．严格执行国家有关环境保护的各项规定，确保排出气体指标达到国家及地方有关污染物排放标准；2．工艺成熟、简单明了，节省投资费用；3．运行费用低，经济性好；4．操作管理方便，自动化程度高；5．避免二次污染，满足安全要求；6．节约占地面积，流程组合和平面布置的设计，充分考虑节约用地。1.3设计依据本设计依据的是所给污水的水质以及处理要求——为中水回用，按照中水回用的标准和处理过后的水质要求对要求的单个构筑物，即平流式沉淀池的结构及具体尺寸进行的设计与计算。2第二章工艺流程的选择该工艺处理的是中水，即已经经过污水处理厂的处理过的水，处理后进行回用，所以该处理水中的污染物的浓度很低，对照处理前后的水质要求，可由以下工艺完成处理（具体工艺流程图见附图）:进水泵房调节池（调节水质与水量）格栅（去除较大悬浮颗粒）混凝反应设备平流式沉淀池过滤出水第三章主要构筑物的原理及设备3.1格栅3.1.1格栅的作用格栅是由一组或数组平行的金属栅条、塑料齿钩或金属筛网、框架及相关装置组成，倾斜安装在污水渠道、泵房集水井的进口处或污水处理厂的前端，用来截留污水中较大的漂浮物或悬浮物，防止堵塞和缠绕水泵机组、曝气池、管道阀门、处理构筑物配水设施、进出水口，减少后续处理产生的浮渣，保证污水处理设施的正常运行。3.1.2格栅的种类（1）格栅按其栅条净间隙，可分为粗格栅（50~100mm）、中格栅（10~40mm）、细格栅（1.5~10mm）三种。（2）按其形状分，分为平面格栅、曲面格栅，如示意图所示：平面格栅：3曲面格栅：（3）按其清渣方式，可分为人工清渣、机械清渣，如图所示：人工清渣：机械清渣：3.2混凝池43.2.1混凝原理1.胶体的稳定性（1）水处理中常见胶体：粘土颗粒（对于d4μm），大部分细菌（0.2~80nm），病毒（10~300nm），蛋白质。（2）稳定性：胶体颗粒在水中保持分散状态的性质。（3）胶体可分为憎水性胶体，亲水性胶体或介于两者之间。（4）对憎水性胶体，其稳定性可用双电层结构来说明。对于亲水性胶体，其稳定性主要由于它所吸附的大量水分子所构成的水壳来说明。2.（憎水性）胶体的双电层结构及其稳定性（1）颗粒表面电荷的产生水中胶体表面都带有电荷，在一般水质中，粘土、细菌、病毒等都是带负电的胶体。而氢氧化铝或氢氧化铁等微晶体都是带正电的胶体，其表面电荷的产生有如下四个机理：①固相表面对水中某种离子的特异吸附；②极难溶的离子型晶体与它溶解下来的离子产物之间有一平衡关系，（这一平衡关系由溶度积来确定），这使得晶体表面有了一定符号的电荷。铁、铝、氢、氧化物颗粒表面电荷可以是依此机理产生的。由于金属氧化物或氢氧化物的溶解沉淀反应与溶液pH值有关，因此，这类颗粒的表面电荷和电势受pH控制；③颗粒表面离子化能团的离解，特别是高分子有机物因其极性能团的酸碱离解而使表面带上电荷；（受pH控制）（如蛋白质：COOH–R–NH2）④某些离子型晶体（结晶物质）的Schottky缺陷在晶体表面产生过量的阳或阴离子，而在其表面呈带正电或负电。（粘土及其它铝硅酸盐矿物晶体的表面电荷成因）（2）胶体的双电子层结构53.胶体的脱稳及凝聚（混凝原理）压缩双电层作用:通过向水中投加电解质等混凝剂，消除或降低胶粒的ζ地位，使颗粒碰撞聚结，失去稳定性（凝聚）。吸附架桥作用：三价铝盐或铁盐以及其他高分子混凝剂溶于水后，经水解和缩聚反应形成具有线性结构高分子聚合物，当它一端吸附某一颗粒后，另一端又吸附另一颗粒，在相距较远的两胶粒间进行吸附架桥，使颗粒逐渐结大，形成肉眼可见的粗大絮凝体（絮凝）。网捕作用：三价铝盐或铁盐等水解而生成沉淀物。这些沉淀物在自身沉降过程中，能集卷、网捕水中的胶体等颗粒，使胶体粘结。3.2.2混凝剂和助凝剂1.混凝剂：（1）无机盐类混凝剂：铝盐（硫酸铝、明矾）、铁盐（三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸铁）。（2)高分子混凝剂：无机类（聚合氯化铝、聚合氯化铁）、有机类（聚丙烯酰胺）。水处理中铝盐适用的pH范围为6~8.5，以Al2(SO4)3·14H2O计的投量为:混凝+过滤10~100mg/L，直接过滤0.5~5mg/L。铁盐与铝盐有相似的水解过程。适用pH范围6~8.5，以FeCl3计投量为：混凝+过滤7~70mg/L，直接过滤0.5~5mg/L。2.助凝剂当单用助凝剂不能取得良好效果时，可投加某些辅助药剂以提高絮凝效果。如调节碱度的石灰或重碳酸钠；氧化剂氯气；增加吸附架桥作用的高分子助凝剂：聚丙烯酰胺、活化龟胶、骨胶、海藻酸钠、红花树等。3.2.3影响混凝的主要因素1.水温因无机盐类混凝剂的水解是吸热反应，水温低时（尤其低于5℃），水解速率非常缓慢。且水湿温低时，粘度大，不利于脱稳胶粒相互絮凝，影响絮凝体的结大，进而影响后续的陈岱年处理的效果。改善办法有投加助凝剂或采用气浮法代替沉淀法作为后续处理。2.pH水的pH值对混凝剂的影响程度视混凝剂的品种而异。用硫酸铝时，最佳pH6范围在6.5~7.5之间；用于除色时，pH在4.5~5之间。用三价铁盐时，最佳pH范围在6.0~8.4之间，比硫酸铝宽。如用硫酸亚铁，只有pH8.5和水中有足够溶解氧时，才能迅速形成三价铁，这就使得设备和操作较复杂。为此，常采用加氯氧化的方法。高分子混凝剂尤其是有机高分子有机物混凝剂，混凝的效果受pH的影响较小。从铁盐和铝盐的水解反应式可以看出，水解过程不断产生氢离子必将使水的pH下降。要使水的pH保持在最佳的范围内，应有碱性物质与其中和。当原水中碱度充分时，pH略有下降而不至于影响混凝效果。当原水中碱度不足或混凝剂投量较大，水的pH将大幅度下降，影响混凝效果。此时，应投加石灰或重碳酸钠等。3.水中杂质的成分、性质及浓度水中杂质的成分、性质和浓度对混凝效果有明显的影响。如天然水中含粘土类杂质，需投加的混凝剂量较少；而污水中含有大量有机物时，需投加的混凝剂量较多，约10-103mg/l。在生产实际中，主要靠混凝试验来选择合适的混凝剂和最佳投药量。4.水利条件混凝过程可分为混合和反应两个阶段。混合阶段要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。而反应阶段搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大而逐渐降低，以免打碎结大的絮凝体。3.2.4化学混凝的设备化学混凝的设备包括：混凝剂的配制和投加设备、混合设备和反应设备1.混凝剂的溶解配制及投加设备混凝药剂投加到待处理的水中，可以用干投法和湿投法。干投法就是将固体药剂破碎成粉末后定量地投加，这种方法使用较少。目前常使用的是湿投法，是将混凝剂先溶解，在配置成一定浓度的溶液后定量地投加。（1）混凝剂的溶解及配制：混凝剂在溶解池中进行溶解。溶解池中应有搅拌装置，搅拌的目的是使得药剂加速溶解。搅拌的方法有机械搅拌、压缩空气搅拌、水泵搅拌等。无机盐类混凝剂溶解池，搅拌装置与管配件等都应考虑防腐措施或用防腐材料。药剂完全溶解后，将浓药液送入溶液池，用清水稀释到一定的浓度备用。无7机混凝剂溶液浓度一般用10%~20%。有机高分子混凝剂溶液的浓度一般用0.5%~1.0%。（2）混凝剂药液的投加药剂投入原水中必须有计量及定量设备，并能随时调节投加量。计量设备可以用转子流量计、电磁流量计等。药剂投加到原水中的方式，可以采用泵前重力投加、也可以用水射器投加、直接用计量泵投加。2.混合设备常用的是水泵混合、隔板混合和机械混合，各混合器的示意图如下：水泵混合：隔板混合：机械混合：3.反应设备反应设备有水力搅拌和机械搅拌俩种。常用的有隔板反应池和机械搅拌反应池：8（1）隔板反应池：它是利用水流断面上流速分布不均匀所造成的速度梯度，促使颗粒相互碰撞进行絮凝。为避免结成的絮凝体被打碎，隔板中的流速应逐渐减少。隔板反应池的构造简单，管理方便，效果较好，但反应时间较长，且主要适用于处理水量较大的处理厂。因为水量过小时，隔板间距过狭，难于施工和维修。（2）机械搅拌反应池：有一转动轴，可以是垂直的，也可以是水平轴式的。机械搅拌反应池反应时间较短效果好，但设备较复杂。3.3平流式沉淀池3.3.1沉淀原理1.定义：沉淀是利用水中悬浮颗粒的可沉降性，在重力的作用下产生下沉，以达到固液分离的一种过